一種含鎢鈦高錳鋼及其制備方法技術(shù)

一種含鎢鈦高錳鋼，其成分及質(zhì)量百分含量為C：0.9~1.6%、Mn：11~26%、Cr：1.5~2.5%、Si：0.6~0.7%、Ti：0.1~2.5%、W：0.2~5.0%、Al：0.03~0.05%、P≤0.04%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制備方法由以下步驟組成：將廢鋼、高碳錳鐵、電解錳、鈦鐵、鎢鐵和中碳鉻鐵在真空度80~100Pa，熔煉溫度1480~1500℃下熔煉；鋼液溫度降至1390~1410℃時(shí)澆入鑄型中，鋼液充滿鑄型型腔，凝固，冷卻；將鑄件以＜70℃/h的升溫速度升至650℃，保溫2~3；再以＜100℃/h的升溫速度升至1080~1110℃，按鑄件厚度每20mm保溫1小時(shí)再加2小時(shí)，將加熱鑄件在溫度低于40℃，10%的NaOH水溶液中冷卻。本發(fā)明專利技術(shù)提供一種強(qiáng)韌性和耐磨性好的含鎢鈦高錳鋼及其制備方法。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】


本專利技術(shù)涉及一種高錳鋼及其制備方法，特別涉及一種含鎢鈦高錳鋼及其制備方法。

技術(shù)介紹

高錳鋼已有一百多年的發(fā)展歷史，因其具有高的韌性、塑性，從而具有高的使用安全性，已形成Mn13、Mn18、Mn25等常用高錳鋼材料系列，廣泛應(yīng)用于錘頭、板錘、襯板鄂板和圓錘等構(gòu)件。由于高錳鋼本身特性，熔煉過程中含氧量高，易產(chǎn)生氧化物夾雜；同時(shí)晶粒粗大，韌性低，屈服強(qiáng)度低，初始硬度低。在強(qiáng)沖擊磨料磨損工況中，與物料沖擊的瞬間溫度超過1000℃要求其具有強(qiáng)韌性及高硬度。
CN103789656A公開了一種含鎢-鉻-釩高錳耐磨鋼及其制備方法。以廢鋼、高錳廢料、增碳劑、錳鐵、氮化錳鐵、鎢鐵、鉻鐵、釩鐵和金屬鋁為原料，熔煉鋼水，將含稀土、鈦、鈮、硼、鉀、鎂等微合金元素的合金線插入鋼包內(nèi)的鋼水中，將處理后的鋼水澆入鑄型，即可得到所述高錳耐磨鋼。本耐磨鋼中的釩主要以固溶形式存在，對(duì)細(xì)化高錳鋼有限。鎢形成WC呈多角形態(tài)，降低高錳鋼韌性，對(duì)耐磨性不利。
CN102605268A公開了一種超高錳鋼及其制備方法。其成分與質(zhì)量百分比C：1.0~1.1%、Mn：16~20%、Si：0.4~1.2%、Cr：1.0~3.0%、Mo：0.2~1.0%、B：0.003~0.005%、Ti：0.1~0.2%、P≤0.04%、S≤0.04%，余量為Fe。對(duì)三次熱處理保溫，鑄件表面經(jīng)水韌處理后，表面會(huì)出現(xiàn)龜裂紋，在使用過程中，表面龜裂紋向鑄件內(nèi)部擴(kuò)展而強(qiáng)韌性低。
CN102888564A公開了一種超高錳鋼及其制備方法。該鑄件水韌處理后再進(jìn)行250~350℃時(shí)效處理，在時(shí)效處理時(shí)會(huì)出現(xiàn)Cr的碳化物增大脆性，在沖擊工況下易剝落而耐磨性低。
CN102978529A公開了一種高錳鋼，成分及質(zhì)量百分比C：0.7~1.1%、Si：0.2~0.5%、Mn：12~16%、Cr：1.2~2.5%、P≤0.03%、S≤0.03%，余量為Fe。該高錳鋼Si下限在0.2%，強(qiáng)韌性、耐磨性低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

本專利技術(shù)的目的是提出一種強(qiáng)韌性和耐磨性好的含鎢鈦高錳鋼。
本專利技術(shù)的另一個(gè)目的是提出一種所述高錳鋼的制備方法。
本專利技術(shù)所述含鎢鈦高錳鋼的成分及質(zhì)量百分比為C：0.9~1.6%、Mn：11~26%、Cr：1.5~2.5%、Si：0.6~0.7%、Ti：0.1~2.5%、W：0.2~5.0%、Al：0.03~0.05%、P≤0.04%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
高錳鋼制備方法由以下步驟組成：
1）按高錳鋼成分和質(zhì)量百分含量將廢鋼、高碳錳鐵、電解錳、鈦鐵、鎢鐵和中碳鉻鐵在真空度80~100Pa，熔煉溫度1480~1500℃下熔煉；
2）鋼液溫度降至1390~1410℃時(shí)澆入鑄型中，鋼液充滿鑄型型腔，凝固，冷卻，即得到本專利技術(shù)含鎢鈦高錳鋼鑄件；
3）將鑄件以＜70℃/h的升溫速度升至650℃，保溫2~3；再以＜100℃/h的升溫速度升至1080~1110℃，按鑄件厚度每20mm保溫1小時(shí)再加2小時(shí)，將加熱鑄件在溫度低于40℃，10%的NaOH水溶液中冷卻。
本專利技術(shù)加入Ti在高錳鋼凝固過程中優(yōu)先形成TiC作為高錳鋼結(jié)晶核心而細(xì)化晶粒。TiC還可作為W的碳化物結(jié)晶核心形成(Ti、W)C，消除W的碳化物多角狀形態(tài)，TiC、(Ti、W)C作為硬質(zhì)點(diǎn)彌散分布高錳鋼基體中，提高耐磨性。高錳鋼在強(qiáng)沖擊磨料磨損工況中與物料的沖擊磨損瞬間溫度超過1000℃而出現(xiàn)耐磨性大幅降低，加W固溶于基體中，可提高高錳鋼高溫強(qiáng)度，彌補(bǔ)由于高錳鋼在使用過程中瞬間溫度高而引起的耐磨性下降。
本專利技術(shù)利用采用真空中頻爐熔煉，在于提高高錳鋼冶金質(zhì)量；用粉末冶金方法制備采用真空燒結(jié)爐燒結(jié)，防止高錳鋼氧化。本專利技術(shù)采用外場振動(dòng)，打碎鑄態(tài)樹枝晶，獲得更多的結(jié)晶核心而細(xì)化晶粒，加速原子長程、短程擴(kuò)散均勻，組織均勻，尤其Ti、W與Fe、Mn原子密度差別大，通過外場振動(dòng)而使其分布更均勻。
熱處理溫度1080~1100℃，并采用適宜的保溫時(shí)間，有利于成分均勻，并消除鑄態(tài)Cr和Mn的碳化物。在10%的NaOH溶液中淬火，且溶液溫度不高于40℃，防止高錳鋼水韌處理過程中二次碳化物析出，有利于提高高錳鋼韌性。
通過采取細(xì)晶化、均勻化、熔體潔凈化處理，及基體中獲得高硬度硬質(zhì)點(diǎn)碳化物，高錳鋼強(qiáng)韌耐磨性大幅提高。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
含鎢鈦高錳鋼的成分及質(zhì)量百分含量：C：1.25%、Mn：13.5%、Cr：1.8%、Si：0.65%、Ti：0.4%、W：0.8%、Al：0.035%、P≤0.04%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
1）按高錳鋼成分和質(zhì)量百分含量要求將廢鋼、高碳錳鐵、電解錳、鈦鐵、鎢鐵和中碳鉻鐵在真空中頻感應(yīng)爐中，真空度95Pa，熔煉溫度1450℃下熔煉；
2）當(dāng)鋼液溫度降至1395℃時(shí)澆入鑄型中，鋼液充滿澆注系統(tǒng)，凝固，振動(dòng)時(shí)間5min，冷卻，即得到本專利技術(shù)含鎢鈦高錳鋼鑄件；
3）將鑄件以65℃/h的升溫速度升至650℃，保溫2.5小時(shí)；再以90℃/h的升溫速度升至1090℃，按鑄件厚度每20mm保溫1小時(shí)再加2小時(shí)，將加熱鑄件在溫度低于38℃，10%的NaOH水溶液中冷卻。
表1實(shí)施例1的強(qiáng)韌性與耐磨性
*采用動(dòng)態(tài)沖擊磨料磨損的測試方法，以與本實(shí)施例同種成分但不含鎢鈦的高錳鋼磨損量作為參照基數(shù)，本實(shí)施例的磨損量與其對(duì)比，數(shù)字越大則耐磨性越高。
**不含鎢鈦，其它成分及制備方法與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例2
含鎢鈦高錳鋼的成分及質(zhì)量百分含量：C：1.25%、Mn：18.0%、Cr：2.2%、Si：0.7%、Ti：1.2%、W：2.4%、Al：0.04%、P≤0.04%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
1）按高錳鋼成分和質(zhì)量百分含量要求將廢鋼、高碳錳鐵、電解錳、鈦鐵、鎢鐵和中碳鉻鐵在真空中頻感應(yīng)爐中，真空度90Pa，熔煉溫度1460℃下熔煉；
2）當(dāng)鋼液溫度降至1400℃時(shí)澆入鑄型中，鋼液充滿澆注系統(tǒng)，凝固，振動(dòng)時(shí)間7min，冷卻，即得到本專利技術(shù)含鎢鈦高錳鋼鑄件；
3）將鑄件以50℃/h的升溫速度升至650℃，保溫2.5小時(shí)；再以80℃/h的升溫速度升至1095℃，按鑄件厚度每20mm保溫1小時(shí)再加2小時(shí)，將加熱鑄件在溫度低于36℃，10%的NaOH水溶液中冷卻。
表2實(shí)施例2的強(qiáng)韌性與耐磨性
*采用動(dòng)態(tài)沖擊磨料磨損的測試方法，以與本實(shí)施例同種成分但不含鎢鈦的高錳鋼磨損量作為參照基數(shù)，本實(shí)施例的磨損量與其對(duì)比，數(shù)字越大則耐磨性越高。
**不含鎢鈦，其它成分及制備方法與實(shí)施例2相同。
實(shí)施例3
含鎢鈦高錳鋼的成分及質(zhì)量百分含量：C：1.25%、Mn：21.0%、Cr：2.4%、Si：0.8%、Ti：2.4%、W：4.8%、Al：0.045%、P≤0.04%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
1）按高錳鋼成分和質(zhì)量百分含量要求將廢鋼、高碳錳鐵、電解錳、鈦鐵、鎢鐵和中碳鉻鐵在真空中頻感應(yīng)爐中，真空度85Pa，熔煉溫度1470℃熔煉；
2）當(dāng)鋼液溫度降至1405℃時(shí)澆入鑄型中，鋼液充滿澆注系統(tǒng)，凝固，振動(dòng)時(shí)間9min，冷卻，即得到本專利技術(shù)含鎢鈦高錳鋼鑄件。
3）將鑄件以40℃/h的升溫速度升至650℃，保溫2.8小時(shí)；再以60℃/h的升溫速度升至1本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種含鎢鈦高錳鋼，其特征是成分及質(zhì)量百分含量為C：0.9~1.6%、Mn：11~26%、Cr：1.5~2.5%、Si：0.6~0.7%、Ti：0.1~2.5%、W：0.2~5.0%、Al：0.03~0.05%、P≤0.04%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種含鎢鈦高錳鋼，其特征是成分及質(zhì)量百分含量為C：0.9~1.6%、Mn：11~26%、Cr：1.5~2.5%、Si：0.6~0.7%、Ti：0.1~2.5%、W：0.2~5.0%、Al：0.03~0.05%、P≤0.04%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鎢鈦高錳鋼，其特征是成分及質(zhì)量百分含量為Mn：11~14%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鎢鈦高錳鋼，其特征是成分及質(zhì)量百分含量為Mn：16~18%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鎢鈦高錳鋼，其特征是成分及質(zhì)量百分含量為Mn：20~23%。
5.如權(quán)利要求...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄭開宏，王海艷，王秀連，王娟，王順成，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣東省材料與加工研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44